2014   Principios de bioquimica de Lehninger   Nelson, Cox 75 104
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2014 Principios de bioquimica de Lehninger Nelson, Cox 75 104

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2 Água 47

3 Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas 75

4 Estrutura tridimensional de proteínas 115

5 Função proteica 157

6 Enzimas 189

7 Carboidratos e glicobiologia 243

8 Nucleotídeos e ácidos nucleicos 281

9 Tecnologias de informação com base no
DNA 313

10 Lipídeos 357

11 Membranas biológicas e transporte 385

12 Biossinalização 433

A bioquímica não é nada menos que a “química da vida” e, sim, a vida pode ser investigada, analisada e com-preendida. Para iniciar, todo estudante de bioquímica
precisa tanto de uma linguagem quanto de alguns funda-
mentos; isso é fornecido na Parte I.

Os capítulos da Parte I são dedicados à estrutura e à
função das principais classes de constituintes celulares:
água (Capítulo 2), aminoácidos e proteínas (Capítulos 3 a
6), açúcares e polissacarídeos (Capítulo 7), nucleotídeos e
ácidos nucleicos (Capítulo 8), ácidos graxos e lipídeos (Ca-
pítulo 10) e, finalmente, membranas e proteínas sinalizado-
ras de membrana (Capítulos 11 e 12). Também é discutida,
no contexto de estrutura e função, a tecnologia utilizada
para estudar cada tipo de biomolécula. Um capítulo inteiro
(Capítulo 9) é dedicado às biotecnologias associadas com a
clonagem e a genômica.

O Capítulo 2 aborda a água porque suas propriedades
afetam a estrutura e a função de todos os outros constituin-
tes celulares. Para cada classe de moléculas orgânicas, pri-
meiro será considerada a química covalente das unidades
monoméricas (aminoácidos, monossacarídeos, nucleotí-
deos e ácidos graxos) e então, descrita a estrutura das ma-
cromoléculas e dos complexos supramoleculares derivados
dessas. Um tema relevante é que as macromoléculas poli-
méricas em sistemas vivos, embora grandes, são entidades
químicas altamente ordenadas com sequências específicas
de subunidades monoméricas que lhes conferem estruturas
distintas e funcionais. Esse tema fundamental pode ser sub-
dividido em três princípios inter-relacionados: 1) a estru-

tura única de cada macromolécula determina sua função;
2) as interações não covalentes exercem o papel essencial
na estrutura e, por isso, na função das macromoléculas; e
3) as subunidades monoméricas em macromoléculas poli-
méricas ocorrem em sequências específicas, representando
uma forma de informação da qual o estado ordenado vivo
depende.

A relação entre a estrutura e a função é especialmen-
te evidente em proteínas que exibem uma extraordinária
diversidade de funções. Uma determinada sequência poli-
mérica de aminoácidos produz uma estrutura fibrosa forte,
encontrada no cabelo e na lã; outra produz uma proteína
que transporta oxigênio no sangue; uma terceira liga ou-
tras proteínas e catalisa a clivagem das ligações entre seus
aminoácidos. Similarmente, as funções especiais de polis-
sacarídeos, de ácidos nucleicos e de lipídeos podem ser
compreendidas como o resultado direto da sua estrutura
química, com suas subunidades monoméricas característi-
cas ligadas precisamente para formar polímeros funcionais.
Açúcares ligados entre si se tornam depósitos de energia,
de fibras estruturais e de pontos para reconhecimentos mo-
leculares específicos; nucleotídeos enfileirados ao longo do
DNA ou do RNA fornecem as informações para um orga-
nismo inteiro; e lipídeos agregados formam membranas. O
Capítulo 12 unifica a discussão da função das biomoléculas,
descrevendo como os sistemas sinalizadores específicos re-
gulam as atividades das biomoléculas – dentro de uma cé-
lula, dentro de um órgão e entre órgãos – para manter um
organismo em homeostasia.

PARTE I
Estrutura e Catálise

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46 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX

À medida que se passa das unidades monoméricas para
os polímeros sempre maiores, o foco químico muda de li-
gações covalentes para interações não covalentes. As liga-
ções covalentes em nível monomérico e macromolecular
impõem restrições ao formato assumido pelas biomoléculas
grandes. São as numerosas interações não covalentes, con-
tudo, que ditam a conformação nativa estável das moléculas
grandes, ao mesmo tempo em que permitem a flexibilidade
necessária para a sua função biológica. Como será visto, in-
terações não covalentes são essenciais ao poder catalítico
das enzimas, à crítica interação entre bases complemen-
tares nos ácidos nucleicos e ao arranjo e propriedades de
lipídeos e membranas. O princípio de que sequências de
subunidades monoméricas são ricas em informação fica
mais evidente na discussão dos ácidos nucleicos (Capítulo
8). No entanto, as proteínas e alguns polímeros curtos de

açúcares (oligossacarídeos) são também moléculas ricas
em informação. A sequência de aminoácidos é uma forma
de informação que determina o enovelamento da proteína
na sua estrutura tridimensional única, que determina a sua
função. Alguns oligossacarídeos também têm sequências
únicas e estruturas tridimensionais, que são reconhecidas
por outras macromoléculas.

Cada classe de moléculas tem uma hierarquia estrutural
similar: subunidades de estrutura fixa são conectadas por
ligações de flexibilidade limitada, para formar macromolé-
culas com estrutura tridimensional determinada por intera-
ções não covalentes. Essas macromoléculas interagem para
formar as estruturas supramoleculares e as organelas, que
permitem à célula desempenhar suas várias funções me-
tabólicas. Juntas, as moléculas descritas na Parte I são o
material da vida.

 Nelson_6ed_book.indb 46 Nelson_6ed_book.indb 46 02/04/14 18:4202/04/14 18:42

2.1 Interações fracas em sistemas aquosos 47

2.2 Ionização da água e de ácidos e bases fracas 58

2.3 Tamponamento contra mudanças no pH em sistemas
biológicos 63

2.4 Água como reagente 69

2.5 Ajuste do meio aquoso em organismos vivos 69

A água é a substância mais abundante nos sistemas vi-vos, constituindo mais de 70% do peso da maioria dos organismos. O primeiro organismo vivo na Terra sem
dúvida nasceu em ambiente aquoso, e o curso da evolução
tem sido moldado pelas propriedades do meio aquoso no
qual a vida começou.

Este capítulo inicia com descrições das propriedades
físicas e químicas da água, às quais são adaptados todos
os aspectos da estrutura e da função da célula. As forças
de atração entre as moléculas da água e a menor tendên-
cia da água em ionizar são de crucial importância para a
estrutura e a função das biomoléculas. Será revisado o tó-
pico da ionização em termos das constantes de equilíbrio,
pH e curvas de titulação, sendo considerado como as so-
luções aquosas de ácidos fracos ou bases fracas e seus sais
agem contra as mudanças de pH em sistemas biológicos. A
molécula de água e seus produtos de ionização, H1 e OH–,
influenciam profundamente a estrutura, a organização e as
propriedades de todos os componentes celulares, incluindo
proteínas, ácidos nucleicos e lipídeos. As interações não co-
valentes responsáveis pela resistência e especificidade do
reconhecimento entre as biomoléculas são decisivamente
influenciadas pelas propriedades da água como solvente,
incluindo sua capacidade de formar ligações de hidrogênio
com ela mesma e com solutos.

2.1 Interações fracas em sistemas aquosos
As ligações de hidrogênio entre moléculas de água forne-
cem as forças coesivas que fazem da água um líquido a tem-
peratura ambiente e um sólido cristalino (gelo) com arranjo
altamente ordenado de moléculas em temperaturas frias.
As biomoléculas polares se dissolvem facilmente em água
porque elas podem substituir interações entre as molécu-
las de água (água-água) por interações energeticamente

mais favoráveis entre a água e o soluto (água-soluto). Em
contrapartida, as biomoléculas apolares são muito pouco
solúveis em água porque elas interferem nas interações do
tipo água-água, mas são incapazes de formar interações